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摘要：无线电能传输相对于传统的接触式，具有无接触、同时不受环境影响的优点，而变压器作为无线电能传输中的关键器件，对其研究具有重要意义。本文主要基于螺线管型的松散耦合变压器在串联补偿电路中的变压器原副边产生偏移情况下进行参数分析，通过先对电路进行分析，再通过仿真给出相应结果。
关键词：变压器;偏移;特性
文章编号：1005-7277（2019）05-0207-03
Abstract：Compared with the traditional contact mode， the wireless energy transmission has the advantages of no contact and no influence from the environment at the same time. In this paper， the parameters of a solenoid loosely coupled transformer are analyzed under the condition that the primary and secondary side of the transformer in the series compensation circuit is offset.
Key words：Transformer; Migration; features
利用松散耦合变压器实现无线电能传输系统，相比于接触式的充电具有更安全可靠，更适用于恶劣的环境[1]。松散耦合变压器实现一次侧和二次侧分离，并将电能从电源端经一次侧电路和一次侧线圈传递给二次侧的负载，实现供电线路与用电设备之间的无线传输，该传输技术广泛应用于交通、航空、水下、医疗等电能传输系统[2]，因而松散耦合变压器对于无线电能传输效率起关键性作用。
根据变压器的磁场分布特性，可分为单面变压器和双面变压器两种结构，相对于单面线组绕组结构，螺线管型结构的松散耦合变压器在偏移条件下具有更好的耦合特性。为研究松散耦合变压器偏移情况下的相关参数，现将其应用于SS型补偿电路进行分析。图1为SS型补偿电路，Lp和Ls分别为松散耦合变压器的原边和副边电感，M为变压器的互感值。
利用法拉弟磁感应定律得出原边的线圈端电压u1和副边的线圈端电压u2分别为：
式中，n1和n2分别为原副边线圈匝数，R1和R2分别为原边和副边的等效磁阻，R12和R21分别为原别边的外部漏磁阻。由式（1）和（2）得出：
通过式（3）至式（5）可推导出耦合系数k为：
SS型补偿电路输出为恒流输出，其输出电流io为：
式（3）和式（5）代入式（7）得：
式中ip为原边电流，a为副边的磁阻比。
通过有限元仿真软件，建立螺线管型松散耦合变压器模型（a）和磁芯结构图（b）。
在以往对松散耦合变压器设计的过程只是原副边针对正对着的情况下进行分析，这也是耦合性最好的情况下设计的。实际很多情况下很难达到正好对准的狀态，因此需要考虑偏移下对变压器性能影响相关特性的分析损，本文通过仿真软件，对松散耦合变压器模型进行仿真，分别对耦合系数k，电感量（LP，LS，M）、磁阻（R11，R12，R22）、变比（n1/n2）与变压器副边在X轴方向上的偏移，每隔20mm测一个点，具体仿真结果如图3至图6。从图3中可知，螺线管结构在平行与磁芯方向上的耦合系数随着偏移量的增大而变小，偏移量到80mm时，耦合系数变化不大，但偏移量大小80mm后，耦合系数变化明显，下降幅度较大。从图4可知，原副边自感（LP，LS）基本不随变压器副边偏移而发生变化，而原副边互感（M）则在偏移量到100mm后有明显下降趋势。从图5可知，内磁阻（R11，R22）在变压器副边发生偏移时，基本保持不变，而外漏磁阻（R12）则在偏移量大于80mm后R12随偏移量增大有明显的增加。从图6可知，变比（n1/n2）在偏移量大于80mm后，随偏移量增大有明显的下降趋势。而磁阻比则有明显有上升趋势。
结论
从理论分析，与松散耦合变压器相关的参数有LP，LS，M，R11，R12，R22，n1/n2，k等参数，故通过仿真，在变压器副边偏移情况下，对相关参数进行了仿真，从仿真结果看，在水平偏移量不超过80mm的情况下，对变压器的性能不会有太大影响，应用于SS型补偿电路，其输出电流在偏移量不超过80mm内，基本能实现恒流。
参考文献
黄学良等，无线电能传输技术研究与应用综述[J].电工技术学报，2013，28（10）：1-11.
程时杰等，无线输出关键技术及其应用[J].电工技术学报，2015，30（19）：68-84.
作者简介：
吴丽君（1976年12月），女，浙江绍兴人，汉族，硕士，副教授，主要从无线电能传输研究。
关键词：变压器;偏移;特性
文章编号：1005-7277（2019）05-0207-03
Abstract：Compared with the traditional contact mode， the wireless energy transmission has the advantages of no contact and no influence from the environment at the same time. In this paper， the parameters of a solenoid loosely coupled transformer are analyzed under the condition that the primary and secondary side of the transformer in the series compensation circuit is offset.
Key words：Transformer; Migration; features
利用松散耦合变压器实现无线电能传输系统，相比于接触式的充电具有更安全可靠，更适用于恶劣的环境[1]。松散耦合变压器实现一次侧和二次侧分离，并将电能从电源端经一次侧电路和一次侧线圈传递给二次侧的负载，实现供电线路与用电设备之间的无线传输，该传输技术广泛应用于交通、航空、水下、医疗等电能传输系统[2]，因而松散耦合变压器对于无线电能传输效率起关键性作用。
根据变压器的磁场分布特性，可分为单面变压器和双面变压器两种结构，相对于单面线组绕组结构，螺线管型结构的松散耦合变压器在偏移条件下具有更好的耦合特性。为研究松散耦合变压器偏移情况下的相关参数，现将其应用于SS型补偿电路进行分析。图1为SS型补偿电路，Lp和Ls分别为松散耦合变压器的原边和副边电感，M为变压器的互感值。
利用法拉弟磁感应定律得出原边的线圈端电压u1和副边的线圈端电压u2分别为：
式中，n1和n2分别为原副边线圈匝数，R1和R2分别为原边和副边的等效磁阻，R12和R21分别为原别边的外部漏磁阻。由式（1）和（2）得出：
通过式（3）至式（5）可推导出耦合系数k为：
SS型补偿电路输出为恒流输出，其输出电流io为：
式（3）和式（5）代入式（7）得：
式中ip为原边电流，a为副边的磁阻比。
通过有限元仿真软件，建立螺线管型松散耦合变压器模型（a）和磁芯结构图（b）。
在以往对松散耦合变压器设计的过程只是原副边针对正对着的情况下进行分析，这也是耦合性最好的情况下设计的。实际很多情况下很难达到正好对准的狀态，因此需要考虑偏移下对变压器性能影响相关特性的分析损，本文通过仿真软件，对松散耦合变压器模型进行仿真，分别对耦合系数k，电感量（LP，LS，M）、磁阻（R11，R12，R22）、变比（n1/n2）与变压器副边在X轴方向上的偏移，每隔20mm测一个点，具体仿真结果如图3至图6。从图3中可知，螺线管结构在平行与磁芯方向上的耦合系数随着偏移量的增大而变小，偏移量到80mm时，耦合系数变化不大，但偏移量大小80mm后，耦合系数变化明显，下降幅度较大。从图4可知，原副边自感（LP，LS）基本不随变压器副边偏移而发生变化，而原副边互感（M）则在偏移量到100mm后有明显下降趋势。从图5可知，内磁阻（R11，R22）在变压器副边发生偏移时，基本保持不变，而外漏磁阻（R12）则在偏移量大于80mm后R12随偏移量增大有明显的增加。从图6可知，变比（n1/n2）在偏移量大于80mm后，随偏移量增大有明显的下降趋势。而磁阻比则有明显有上升趋势。
结论
从理论分析，与松散耦合变压器相关的参数有LP，LS，M，R11，R12，R22，n1/n2，k等参数，故通过仿真，在变压器副边偏移情况下，对相关参数进行了仿真，从仿真结果看，在水平偏移量不超过80mm的情况下，对变压器的性能不会有太大影响，应用于SS型补偿电路，其输出电流在偏移量不超过80mm内，基本能实现恒流。
参考文献
黄学良等，无线电能传输技术研究与应用综述[J].电工技术学报，2013，28（10）：1-11.
程时杰等，无线输出关键技术及其应用[J].电工技术学报，2015，30（19）：68-84.
作者简介：
吴丽君（1976年12月），女，浙江绍兴人，汉族，硕士，副教授，主要从无线电能传输研究。